java8-CompleableFuture的使用1
背景
- 硬件的极速发展，多核心CPU司空见惯；分布式的软件架构司空见惯；
- 功能API大多采用混聚的方式把基础服务的内容链接在一起，方便用户生活。
抛出了两个问题：
- 如何发挥多核能力；
- 切分大型任务，让每个子任务并行运行；
并发和并行的区别
| 项目 | 区别1 | 实现技术 |
|---|---|---|
| 并行 | 每个任务跑在单独的cpu核心上 | 分支合并框架，并行流 |
| 并发 | 不同任务共享cpu核心，基于时间片调度 | CompletableFuture |
Future接口
java5开始引入。将来某个时刻发生的事情进行建模。
进行一个异步计算，返回一个执行运算的结果引用，当运算结束后，这个引用可以返回给调用方。
可以使用Future把哪些潜在耗时的任务放到异步线程中，让主线程继续执行其他有价值的工作，不在白白等待。
下面是一个例子：使用Future，可以让两个任务并发的运行，然后汇聚结果；
package com.test.completable;
import com.google.common.base.Stopwatch;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;
/**
* 说明：Future应用实例
* @author carter
* 创建时间： 2019年11月18日 10:53
**/
public class FutureTest {
static final ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
public static void main(String[] args) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
Future<Long> longFuture = pool.submit(() -> doSomethingLongTime());
doSomething2();
try {
final Long longValue = longFuture.get(3, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " future return value :" + longValue + " : " + stopwatch.stop());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (TimeoutException e) {
e.printStackTrace();
}
pool.shutdown();
}
private static void doSomething2() {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doSomething2 :" + stopwatch.stop());
}
private static Long doSomethingLongTime() {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doSomethingLongTime : " + stopwatch.stop());
return 1000L;
}
}
没法编写简介的并发代码。描叙能力不够；比如如下场景：
- 将两个异步计算的结果合并为一个，这两个异步计算之间互相独立，但是第二个有依赖第一个结果。
- 等待Future中所有的任务都完成；
- 仅等待Future集合中最快结束的任务完成，并返回它的结果；
- 通过编程的方式完成一个Future任务的执行；
- 响应Future的完成事件。
基于这个缺陷，java8中引入了CompletableFuture 类；
实现异步API
技能点：
- 提供异步API;
- 修改同步的API为异步的API,如何使用流水线把两个任务合并为一个异步计算操作；
- 响应式的方式处理异步操作的完成事件；
| 类型 | 区别 | 是否堵塞 |
|---|---|---|
| 同步API | 调用方在被调用运行的过程中等待，被调用方运行结束后返回，调用方取得返回值后继续运行 | 堵塞 |
| 异步API | 调用方和被调用方是异步的，调用方不用等待被调用方返回结果 | 非堵塞 |
package com.test.completable;
import com.google.common.base.Stopwatch;
import com.google.common.base.Ticker;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 说明：异步调用计算价格的方法
* @author carter
* 创建时间： 2019年11月18日 13:32
**/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Shop shop = new Shop("BestShop");
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
Stopwatch stopwatch2 = Stopwatch.createStarted();
Future<Double> doubleFuture = shop.getPriceFuture("pizza");
System.out.println("getPriceFuture return after: " + stopwatch.stop());
doSomethingElse();
try{
final Double price = doubleFuture.get();
System.out.println("price is " + price + " return after: " + stopwatch2.stop());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private static void doSomethingElse() {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
DelayUtil.delay();
System.out.println("doSomethingElse " + stopwatch.stop());
}
}
错误处理
如果计算价格的方法产生了错误，提示错误的异常会被现在在试图计算商品价格的当前线程的范围内，最终计算的异步线程会被杀死，这会导致get方法返回结果的客户端永久的被等待。
如何避免异常被掩盖， completeExceptionally会把CompletableFuture内发生的问题抛出去。
private static void test2() {
Shop shop = new Shop("BestShop");
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
Stopwatch stopwatch2 = Stopwatch.createStarted();
Future<Double> doubleFuture = shop.getPriceFutureException("pizza");
System.out.println("getPriceFuture return after: " + stopwatch.stop());
doSomethingElse();
try{
final Double price = doubleFuture.get();
System.out.println("price is " + price + " return after: " + stopwatch2.stop());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
方法改造：
//异步方式查询产品价格,异常抛出去
public Future<Double> getPriceFutureException(String product){
final CompletableFuture<Double> doubleCompletableFuture = new CompletableFuture<>();
new Thread(()->{try {
doubleCompletableFuture.complete(alculatePriceException(product));
}catch (Exception ex){
doubleCompletableFuture.completeExceptionally(ex);
}
}).start();
return doubleCompletableFuture;
}
无堵塞
即让多个线程去异步并行或者并发的执行任务，计算完之后汇聚结果；
private static void test3(String productName) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
final List<String> stringList = Stream.of(new Shop("华强北"), new Shop("益田假日广场"), new Shop("香港九龙城"), new Shop("京东商城"))
.map(item -> String.format("商店:%s的商品：%s 售价是：%s", item.getName(), productName, item.getPrice(productName)))
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(stringList);
System.out.println("test3 done in " + stopwatch.stop());
}
private static void test3_parallelStream(String productName) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
final List<String> stringList = Stream.of(new Shop("华强北"), new Shop("益田假日广场"), new Shop("香港九龙城"), new Shop("京东商城"))
.parallel()
.map(item -> String.format("商店:%s的商品：%s 售价是：%s", item.getName(), productName, item.getPrice(productName)))
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(stringList);
System.out.println("test3_parallelStream done in " + stopwatch.stop());
}
private static void test3_completableFuture(String productName) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
final List<String> stringList = Stream.of(new Shop("华强北"), new Shop("益田假日广场"), new Shop("香港九龙城"), new Shop("京东商城"))
.map(item ->CompletableFuture.supplyAsync(()-> String.format("商店:%s的商品：%s 售价是：%s", item.getName(), productName, item.getPrice(productName))))
.collect(Collectors.toList())
.stream()
.map(CompletableFuture::join)
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(stringList);
System.out.println("test3_completableFuture done in " + stopwatch.stop());
}
private static void test3_completableFuture_pool(String productName) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
final List<String> stringList = Stream.of(new Shop("华强北"), new Shop("益田假日广场"), new Shop("香港九龙城"), new Shop("京东商城"))
.map(item ->CompletableFuture.supplyAsync(()-> String.format("商店:%s的商品：%s 售价是：%s", item.getName(), productName, item.getPrice(productName)),pool))
.collect(Collectors.toList())
.stream()
.map(CompletableFuture::join)
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(stringList);
System.out.println("test3_completableFuture done in " + stopwatch.stop());
}
代码中有一个简单的计算场景，我想查询4家商店的iphone11售价；
华强北，益田苹果店，香港九龙城，京东商城；
每一家的查询大概耗时1s;
| 任务处理方式 | 耗时 | 优缺点说明 |
|---|---|---|
| 顺序执行 | 4秒多 | 简单，好理解 |
| 并行流 | 1秒多 | 无法定制流内置的线程池，使用简单，改造简单 |
| CompletableFuture 默认线程池 | 2秒多 | 默认线程池 |
| CompletableFuture 指定线程池 | 1秒多 | 指定了线程池，可定制性更好，相比于并行流 |
多个异步任务的流水线操作
场景： 先计算价格，在拿到折扣，最后计算折扣价格；
private static void test4(String productName) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
final List<String> stringList = Stream.of(new Shop("华强北"), new Shop("益田假日广场"), new Shop("香港九龙城"), new Shop("京东商城"))
.map(shop->shop.getPrice_discount(productName))
.map(Quote::parse)
.map(DisCount::applyDiscount)
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(stringList);
System.out.println("test4 done in " + stopwatch.stop());
}
private static void test4_completableFuture(String productName) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
final List<String> stringList = Stream.of(new Shop("华强北"), new Shop("益田假日广场"), new Shop("香港九龙城"), new Shop("京东商城"))
.map(shop->CompletableFuture.supplyAsync(()->shop.getPrice_discount(productName),pool))
.map(future->future.thenApply( Quote::parse))
.map(future->future.thenCompose(quote -> CompletableFuture.supplyAsync(()->DisCount.applyDiscount(quote),pool)))
.collect(Collectors.toList())
.stream()
.map(CompletableFuture::join)
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(stringList);
System.out.println("test4_completableFuture done in " + stopwatch.stop());
}
以上是有依赖关系的两个任务的聚合，即任务2，依赖任务1的结果。使用的是thenCompose方法；
接下来如果有两个任务可以异步执行，最后需要依赖着两个任务的结果计算得到最终结果，采用的是thenCombine;
//两个不同的任务，最后需要汇聚结果，采用combine
private static void test5(String productName) {
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
Shop shop = new Shop("香港九龙");
Double pricefinal = CompletableFuture.supplyAsync(()->shop.getPrice(productName))
.thenCombine(CompletableFuture.supplyAsync(shop::getRate),(price, rate)->price * rate).join();
System.out.println("test4 done in " + stopwatch.stop());
}
completion事件
让任务尽快结束，无需等待；
有多个服务来源，你请求多个，谁先返回，就先响应；
结果依次返回：
//等待所有的任务执行完毕； CompletableFuture.allOf()
public void findPriceStream(String productName){
List<Shop> shops = Arrays.asList(new Shop("华强北"), new Shop("益田假日广场"), new Shop("香港九龙城"), new Shop("京东商城"));
final CompletableFuture[] completableFutureArray = shops.stream()
.map(shop -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> shop.getPrice_discount(productName), pool))
.map(future -> future.thenApply(Quote::parse))
.map(future -> future.thenCompose(quote -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> DisCount.applyDiscount(quote), pool)))
.map(f -> f.thenAccept(System.out::println))
.toArray(size -> new CompletableFuture[size]);
CompletableFuture.allOf(completableFutureArray).join();
}
多个来源获取最快的结果：
//有两个获取天气的途径，哪个快最后结果就取哪一个
public static void getWeather(){
final Object join = CompletableFuture.anyOf(CompletableFuture.supplyAsync(() -> a_weather()), CompletableFuture.supplyAsync(() -> b_weather())).join();
System.out.println(join);
}
private static String b_weather() {
DelayUtil.delay(3);
return "bWeather";
}
private static String a_weather() {
DelayUtil.delay(5);
return "aWeather";
}
源码分析
可完备化的将来；CompletableFuture ;
先看签名：
public class CompletableFuture<T> implements Future<T>, CompletionStage<T> {}
实现了Futrue,CompletionStage接口；
这两个接口简单说明一下：
| 接口 | 关键特性 |
|---|---|
| Future | 直接翻译为未来,标识把一个任务异步执行，需要的的时候，通过get方法获取，也可以取消cancel，此外还提供了状态查询方法，isDone, isCancled,实现类是FutureTask |
| CompletionStage | 直接翻译是完成的阶段,提供了函数式编程方法 |
可以分为如下几类方法
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| thenApply(Function f) | 当前阶段正常完成之后，返回一个新的阶段，新的阶段把当前阶段的结果作为参数输入; |
| thenConsume(Consumer c), | 当前阶段完成之后，结果作为参数输入，直接消费掉，得到不返回结果的完成阶段； |
| thenRun(Runnable action), | 不接受参数，只是继续执行任务，得到一个新的完成阶段； |
| thenCombine(otherCompletionStage，BiFunction), | 当两个完成阶段都完成的时候，执行BIFunction,返回一个新的阶段； |
| thenAcceptBoth(OtherCompletionStage, BiConsumer) | 两个完成阶段都完成之后，对两个结果进行消费； |
| runAfterBoth(OtherCompletionStage,Runable) | 两个完成阶段都完成之后，执行一个动作； |
| applyToEither(OtherCompletionStage,Function) | 两个完成阶段的任何一个执行结束，进入函数操作，并返回一个新的阶段 |
| acceptEither(OtherCompletionStage,Consumer) | 两个完成阶段的任何一个执行结束，消费掉，返回一个空返回值的完成阶段 |
| runAfterEither（OtherCompletionStage,Runable） | 两个完成阶段的任何一个结束，执行一个动作，返回一个空返回值的完成阶段 |
| thenCompose（Function） | 当前阶段完成，返回值作为参数，进行函数运算，然后结果作为一个新的完成阶段 |
| exceptionally（Function） | 无论当前阶段是否正常完成，消费掉异常，然后返回值作为一个新的完成阶段 |
| whenComplete | |
| handle | 无论当前完成阶段是否正常结束，都执行一个BIFunction的函数，并返回一个新结果作为一个新的完成阶段 |
| toCompletableFuture | 转换为ComplatableFuture |
里面的实现细节后面单独成文章再讲。
小结
- 执行一些比较耗时的操作，尤其是依赖一个或者多个远程服务的操作，可以使用异步任务改善程序的性能，加快程序的响应速度；
- 使用CompletableFuture你可以轻松的实现异步API;
- CompletableFuture提供了异常管理机制，让主线程有机会接管子任务抛出的异常；
- 把同步API封装到CompletableFuture中，可以异步得到它的结果；
- 如果异步任务之间互相独立，而他们之间的某一些结果是另外一些的输入，可以把这些任务进行compose;
- 可以为CompletableFuture中的任务注册一个回调函数，当任务执行完毕之后再进行一些其它操作；
- 你可以决定什么时候结束程序的运行，是所有的CompletableFuture任务所有对象执行完毕，或者只要其中任何一个完成即可。
原创不易，转载请注明出处。
no pays,no gains!
